CN103649719B - 用于检测分析物的装置、套件及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及检测样本中的分析物的装置，包含：辐射源，适于产生一系列电磁辐射脉冲；换能器，具有热释电或压电元件和电极，能将非辐射衰减产生的能量转换成电信号；检测器，能检测换能器产生的电信号；第一试剂，在换能器近端，该第一试剂具有结合位点，能与样本中的分析物的浓度成比例地结合标记试剂，该标记试剂能吸收辐射源产生的电磁辐射，以通过非辐射衰减产生能量；第二试剂，在换能器近端，与第一试剂相比，该第二试剂和标记试剂在测定条件下有较低的亲和性；第三试剂，在换能器近端，该第三试剂具有结合位点，能结合标记试剂，其中该第三试剂和标记试剂具有亲和性，其与第一试剂相比受分析物或分析物的复合物或衍生物浓度的影响较小。

Description

用于检测分析物的装置、套件及检测方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测分析物的装置，且具体来说，涉及改良包含压电/热释电换能器的装置的准确度和精确度。
背景技术
监测溶液中的分析物，诸如，重要的生物化合物的生物测定，具有广泛的适用性。因此，各种各样的分析和诊断装置是可用的。
WO90/13017公开了条形的热释电或其他热电换能器元件。薄膜电极设置在换能器表面上，且一种或多种试剂沉积在换能器表面上。试剂在接触到被检测物种时，会发生选择性的比色变化。然后，所述装置一般将会被插入到检测器中，在此所述换能器通常被通过换能器的LED光源照射，且试剂的光吸收被检测为换能器表面的显微加热。来自换能器的电信号输出经过处理，以导出被检测物种的浓度。
WO2004/090512公开一种基于WO90/13017中所公开的技术的装置，但其依赖于下述发现：即便是在所述物质并未与换能器接触时，用电磁辐射照射的物质通过非辐射衰减产生的能量可被换能器检测出，以及用电磁辐射照射与换能器产生电信号之间的时间延迟是物质与薄膜表面之间的距离的函数。此发现提供了一种能够进行“深度剖析(depthprofiling)”的装置，使所述装置能区分与换能器表面结合的分析物和本体液体中的分析物。因此，此申请公开一种能用于测定，通常是生物测定，无须在执行结合事件和检测事件结果之间执行单独的清洗步骤(称为“均质”测定)的装置。
WO90/13017和WO2004/090512中所记载的系统使用压电/热释电换能器来测量结合事件。所述结合事件在换能器的表面进行，且测量过程通过脉冲电磁辐射(光)进入所述系统来初始化。光吸收导致标记试剂局部受热，进而使换能器中产生电荷。电输出可以以这样一种方式被查询，以区分结合与非结合的试剂，且因此表征流体样本中分析物的数量。与原位表面结合的速率可在不执行分离步骤的情况下确定。
由于组成所述系统的组件的自然差异，任何测量过程在测量中都将会存在不精确或不准确。测量过程可能也会受环境因素(诸如，温度或湿度)的干扰。对体液(诸如，血液或血浆)所执行的测量可能也会受那些流体的成分的影响。这可能是由于干扰因素，诸如，血脂、胆红素和嗜异性抗体，或者由于粘度、血细胞压积等发生自然差异。
实验室分析仪定期进行校准，确认仪器运转适当，而且还校准仪器，这是很常见的。此校准过程通过调整系统中来自不同批次的组件的差异来改良测量过程。
然而，在WO90/13017和WO2004/090512中所描述的系统中，通过在要进行测量的分析物(或分析物的复合物或衍生物)存在情况下监测信号随着时间变化的速率来原位监测标记试剂与传感器表面的动态结合。这不同于其他免疫分析系统，它们常常测量已经在预定长度的潜伏期之后实现的某种形式的平衡位置。除此之外，由于WO90/13017和WO2004/090512中所描述的系统可测量与传感器表面有关的标记试剂，标记试剂的不必要的移动或测量室中实际存在的其他颗粒可能会干扰信号测量。因此，仍然有必要对系统提供改良的准确度和精确度。
发明内容
因此，本发明提供一种用于检测样本中的分析物的装置，其包含：
辐射源，适于产生一系列电磁辐射脉冲；
换能器，具有热释电或压电元件和电极，能够将非辐射衰减所产生的能量转换成电信号；
检测器，能够检测换能器所产生的电信号；
第一试剂，在换能器近端，所述第一试剂具有结合位点，能够与样本中的分析物的浓度成比例地结合标记试剂，标记试剂能够吸收辐射源所产生的电磁辐射，以通过非辐射衰减产生能量；
第二试剂，在换能器近端，与第一试剂相比，所述第二试剂具有对标记试剂在测定条件下的较低的亲和性；以及
第三试剂，在换能器近端，所述第三试剂具有结合位点，能够结合标记试剂，其中所述第三试剂具有对标记试剂的亲和性，与第一试剂相比受分析物或分析物的复合物或衍生物的浓度影响较小。
其中所述第一试剂、所述第二试剂和所述第三试剂可经由非共价结合附着到所述换能器。
其中所述第二试剂可在所述测定的条件下对所述标记试剂没有亲和性。
其中所述第三试剂可对所述标记试剂具有的亲和性与所述分析物或所述分析物的复合物或衍生物的浓度无关。
其中所述第一试剂、所述第二试剂和所述第三试剂可以是抗体。
其中所述分析物或所述分析物的复合物或衍生物可以是小分子。
其中所述标记试剂可包含对应于所述分析物或所述分析物的复合物或衍生物而产生的抗体，所述第一试剂可以是对应于所述分析物或所述分析物的复合物或衍生物而产生的抗体，所述第二试剂可以是同型对照抗体，且所述第三试剂可以是抗种抗体。
其中所述装置还可包含用于容纳与所述换能器接触的液体样本的腔室，所述液体样本可含有所述分析物或所述分析物的复合物或衍生物。
其中所述装置可以由阅读器和卡式匣构成，其中所述卡式匣与所述阅读器可释放地衔接，且其中所述阅读器可以并入有所述辐射源和所述检测器，且所述卡式匣可以并入有所述换能器以及所述第一试剂、所述第二试剂和所述第三试剂。
本发明还提供了一种包含如上所述的装置和所述标记试剂的套件。
本发明还提供了一种用于检测样本中的分析物或所述分析物的复合物或衍生物的方法，所述方法包含以下步骤：使所述样本暴露于以上所述的装置、将所产生的能量转换成电信号并检测所述信号。
其中所述方法可在使所述样本暴露于所述换能器的步骤与将所产生的能量转换成电信号的步骤之间无需从所述换能器中取出所述样本的情况下执行。
本发明还提供了一种标记试剂，其可包含能够吸收电磁辐射以通过非辐射衰减产生能量的标记物、附着到所述标记物的载体，以及附着到所述载体的、第一互补结合对中的第一组成部分和第二互补结合对中的第一组成部分。
其中所述第一互补结合对中的所述第一组成部分可以是从治疗药物、滥用药物、维生素和激素中选出的，且所述第二互补结合中的所述第一组成部分可以是从BODIPYFL、丹酰、AlexaFluor405、AlexaFluor488、荧光黄、若丹明、德克萨斯红、生物素和二硝基苯基氨基己酸中选出的。
本发明还提供了一种如上所定义的换能器。
因此，本发明提供一种用于检测分析物的装置，其包含阳性(第三试剂)和阴性(第二试剂)对照物以改良检测的准确度和精确度(经由第一试剂)。
附图说明
现在将参照附图来描述本发明，其中：
图1显示与本发明配合使用的WO2004/090512的化学传感装置的示意图；
图2显示使用本发明装置的夹层免疫测定；
图3显示根据本发明的卡式匣；
图4显示TSH测定的动态输出；
图5显示在未使用对照物情况下的TSH剂量-反应曲线；
图6显示在使用阳性和阴性对照物情况下的TSH剂量-反应曲线；
图7显示在未使用对照物情况下的地高辛剂量-反应曲线；
图8显示在使用阳性和阴性对照物情况下的地高辛剂量-反应曲线；
图9显示卡式匣在多个动态范围下的地高辛测定剂量-反应曲线；
图10-13分别显示在不使用对照物、只使用阴性对照物、只使用阳性对照物和使用两种对照物情况下对全血的TSH测定；以及
图14显示对每个测定使用相同的对照物来同时确定TSH和地高辛水平的仪器输出。
具体实施方式
本发明装置用于检测样本中的分析物(可能是经由检测分析物的复合物或衍生物)。所述装置包含：辐射源，适于产生一系列电磁辐射脉冲；换能器，具有热释电或压电元件和电极，能够将非辐射衰减所产生的能量转换成电信号；以及检测器，能够检测换能器所产生的电信号。在优选实施例中，本发明装置是基于WO2004/090512中所描述的装置。
图1显示根据本发明来使用的化学传感装置1，其依赖于用电磁辐射照射标记物2而使标记物2产生热量。为了简单起见，图1中只显示所述标记物(本发明装置的其他组件将在下文中进一步详述)。图1显示在有标记物2存在情况下的化学传感装置1。装置1包含具有电极涂层4、5的热释电或压电换能器3。换能器3优选的是极化的聚偏氟乙烯薄膜。电极涂层4、5优选的是透明的，且最优选的是由氧化铟锡形成的。所述电极优选的具有约35nm的厚度，尽管从1nm下限到100nm上限的几乎任何厚度都是可能的，低于下限1nm，导电性太低，高于上限100nm，光传输太低(不应该小于80％T)。在特定优选的实施例中，换能器是涂有氧化铟锡的偏氟乙烯薄膜。
标记物2通过结合事件维持在换能器3的近端。本发明的优选特征是标记物2在受到电磁辐射源(通常称作“光”)6，优选的是可见光照射时产生热量。光源可以是，例如，LED。光源6用适当波长的光(例如，补色)照射标记物2。尽管不希望被理论束缚，但是要相信，标记物2吸收光以产生激发态，然后经过非辐射衰减，从而产生能量，这由图1中的曲线表示。此能量主要是热的形式(即，环境中的热运动)，尽管其他形式的能量，例如，冲击波，可能也会产生。然而，所述能量被换能器检测到，并转换成电信号。本发明装置经过校准，用于被测量的特定标记物，且因此，不需要确定通过非辐射衰减产生的精确形式的能量。除非另有说明，否则本文中所用的“热量”一词是指通过非辐射衰减产生的能量。光源6被放置以便照射标记物2。优选的是，将光源6放置在换能器3和电极4、5的对面，且通过换能器3和电极4、5来照射标记物2。光源可以是换能器内的内部光源，在其中，光源是导波系统。所述波导可能是换能器本身，或波导可能是附接至换能器的附加层。照射的波长依所使用的标记物而定；例如，对于40nm的金标记物，优选波长是525nm，而对于碳标记物，优选波长是690nm。
由标记物2产生的能量被换能器3检测到，并转换成电信号。所述电信号被检测器7检测到。光源6和检测器7均在控制器8的控制之下。光源6产生一系列光脉冲(本文中所用的术语“光”意指任何形式的电磁辐射，除非是提到特定波长)，被称为“斩波光”。原则上，一个单一的闪光，即，一个电磁辐射脉冲，将足以使换能器3产生信号。然而，为了获得可再现信号，使用多个闪光，这在实践中需要斩波光。电磁辐射脉冲所施加的频率可以是有差异的。在下限，脉冲之间的时间延迟必须足以满足每一个脉冲与确定电信号产生之间的时间延迟。在上限，每一个脉冲之间的时间延迟必须不能过大，使记录数据的周期变得不合理的延长。优选的是，脉冲的频率是从1-50Hz，更优选的是，1-10Hz，且最优选的是，2Hz。这分别对应于20-1,000ms,100-1,000ms和500ms的脉冲之间的时间延迟。除此之外，所谓的“脉冲间隔”比，即，打开(on)信号与关闭(off)信号之比优选的是一，尽管在没有有害影响的情况下也可使用其他比率。使用较短的打开(on)脉冲以及较长的关闭信号有一些优势，以允许系统在下一个脉冲扰乱所述系统之前接近热平衡。在一个实施例中，1-50ms，优选的是8ms的光脉冲，后接10-500ms，优选的是100ms的弛豫时间，允许更加精确的测量直接与表面结合的颗粒。产生具有不同斩波频率或不同脉冲间隔比的斩波光的电磁辐射源是本领域所熟知的。检测器7确定来自光源6的每一个光脉冲与检测器7检测到的来自换能器3的对应的电信号之间的时间延迟。申请人已经发现，此时间延迟是距离d的函数。信号被测量优选的是从2-7ms。
用于确定每一个光脉冲与提供可再现结果的对应的电信号之间的时间延迟的任一种方法可以被使用。优选的是，时间延迟的测量是从每一个光脉冲的开始到对应于从结合的标记物吸热的电信号的最大值被检测器7检测到的时刻。
标记物2可能会与换能器表面分离以及仍可检测到信号的发现是令人惊讶的，因为技术人员期望，热消散到周边的介质中去，且因此不被换能器3检测到或至少换能器没有接收到有意义的信号。惊讶的是发现不仅信号可通过能够向换能器3传输能量的中间介质检测到，而且不同的距离d可被区分开(这已被称作“深度剖析”)以及接收到的信号的强度与离换能器3的表面特定的距离d处的标记物2的浓度成比例。此外，还发现介质本身的性质会影响时间延迟和信号在给定时间延迟下的幅值。
本发明装置特别适用于执行免疫测定。
在典型的免疫测定中，对所关注的抗原具有特异性的抗体附着在诸如聚氯乙烯或聚苯乙烯片材之类的聚合物载体上。一滴细胞提取物，或者血清或尿液样本被放置在片材上，在抗体-抗原复合物形成之后清洗片材。然后，添加对抗原上的不同位点具有特异性的抗体，并且再次清洗片材。此第二种抗体携带有标记物，使其可在高灵敏度下被检测到。与片材结合的第二种抗体的数量与样本中抗原的数量成比例。此测定和此种类型的测定的其他变体是众所周知的，参见，例如，2001年自然出版集团出版的DavidWild所著的"TheImmunoassayHandbook,2ndEd。"。本发明装置可用于任何这些测定。夹层、竞争性的、位移和抗复合物抗体免疫测定也值得特别一提。
通过说明本发明的基本原理的方式，图2显示使用本发明装置的典型的捕获抗体测定(尽管只显示了第一试剂)。所述装置包括换能器3和用于容纳含有溶解或悬浮的分析物11的液体10的样本室9。换能器3上附着有第一试剂，即，抗体12。图2中显示出第一试剂12附着在薄膜上，且此附着可能是经由共价结合或通过非共价吸附到表面上，诸如，通过氢键结合。尽管显示第一试剂附着在换能器上，但是用于保持第一试剂12接近于换能器3近端的任一种技术都是适用的。例如，附加层可使第一试剂12与换能器3分离，诸如，聚对二甲苯聚合物层，或抗体可附着在惰性颗粒上，且惰性颗粒再附着在换能器3上。可选地，第一试剂12可包埋在涂覆于换能器3的表面上的凝胶层内。
在使用中，样本室充满含有分析物11的液体10(或任一种流体)。然后，分析物11与第一试剂12结合。附加的标记试剂13存在于液体中，且所谓的“夹层”复合物在结合的第一试剂12、分析物11与标记试剂13之间形成。掺入过量的标记试剂13，使得所有结合的抗原11形成夹层复合物。因此，样本含有结合的标记试剂13a和在溶液中游离的未结合的标记试剂13b。
在形成夹层复合物过程中或之后，使用一系列电磁辐射脉冲(诸如，光)来照射样本。每一个脉冲与换能器3产生的电信号之间的时间延迟由检测器来检测。选择适当的时间延迟来主要测量由结合的标记试剂13a产生的热量。由于时间延迟是标记物与换能器3的距离的函数，结合的标记试剂13a可与未结合的标记试剂13b区分开。这样做相比于传统的夹层免疫测定的明显优势在于其取消了清洗步骤。在传统的夹层免疫测定中，在进行任一种测量之前，未结合的标记试剂必须与结合的标记试剂分离，这是因为未结合的标记试剂会干扰由结合的标记试剂产生的信号。然而，基于本发明所提供的“深度剖析”，可将结合与未结合的标记试剂区分开。实际上，区分在换能器近端(即，结合)的标记物与在本体溶液中(即，未结合)的标记物的能力是本发明的特殊优势。
本发明还提供一种用于检测样本中的分析物，或分析物的复合物或衍生物的方法，所述方法包含以下步骤：使样本暴露于本文所述装置，将所产生的能量转换成电信号并检测所述信号。优选的是，所述方法在使样本暴露于换能器的步骤与将所产生的能量转换成电信号的步骤之间无需从换能器中取出样本的情况下执行，即，所述方法是均质测定。
本发明提供补偿测量系统的组件的自然差异、所测量的样本的差异，以及测量过程中环境条件的差异的对照物。这可通过使样本暴露于位于换能器表面上的试剂来实现。不同的试剂通常位于换能器表面的不同区域，这些区域涂有不同的试剂。这些对照物被定义为“阴性”和“阳性”对照物，在这种意义上，阴性对照物应近似分析物不存在情况下的预期信号，且阳性对照物应近似分析物使系统饱和时的预期信号。
为了用这些对照物来完成检测，本发明装置包含第一、第二和第三试剂，每一个试剂都在换能器的近端。
第一试剂具有能够与样本中的分析物的浓度成比例地结合标记试剂的结合位点。对测定的运行来说，比例很重要，这是因为结合必须依赖于分析物的浓度，以实现对要确定的分析物浓度的任何有意义的测量。所述结合可与分析物的浓度成正比或反比，这取决于所执行的测定的类型。就非竞争性测定，例如，免疫测定来说，所述结合与分析物的浓度成正比，但是对于竞争性测定，所述结合与分析物的浓度成反比。
第一试剂可能适于与分析物，或分析物的复合物或衍生物结合，在这种情况下，标记试剂将在分析物，或分析物的复合物或衍生物存在的情况下与第一试剂结合。在这种情况下，第一试剂具有能够在分析物或分析物的复合物或衍生物存在的情况下与标记试剂结合的结合位点。然而，所述结合仍与分析物的浓度成比例。
可选地，第一试剂本身可能是分析物的类似物，且标记试剂直接与第一试剂结合(它是类似物，因为它通过共价结合或非共价相互作用与换能器表面结合)。在这种情况下，第一试剂将与未结合的分析物或分析物的未结合的复合物或衍生物竞争，以实现与标记试剂的结合。因此，第一试剂将只能够与标记试剂结合。
确定标记试剂与第一试剂结合(直接或通过分析物/分析物的复合物或衍生物来介导)的程度提供对样本中分析物浓度的度量。
在测定条件下，与第一试剂相比，对于标记试剂，第二试剂具有较低的亲和性。因此，第二试剂提供阴性对照物。重要的是，亲和性是在测定条件下考虑的。原因在于，就非竞争性测定情形来说，第一试剂和标记试剂的亲和性通过分析物，或分析物的复合物或衍生物来介导。因此，在分析物，或分析物的复合物或衍生物不存在的情况下，第一或第二试剂对标记试剂都没有亲和性。然而，在分析物，或分析物的复合物或衍生物存在的情况下，与第一试剂相比，第二试剂和标记试剂有较低的亲和性。
除此之外，在第一试剂与分析物，或分析物的复合物或衍生物结合的实施例中，与第一试剂相比，第二试剂优选的和分析物，或若使用的话，分析物的合成物或衍生物有较低的亲和性。第二试剂优选的是蛋白质，且更优选的是抗体。第二试剂通常具有与第一试剂类似的化学和物理特性，但是在测定条件下和标记试剂几乎没有或完全没有亲和性。在特别优选的实施例中，在测定条件下，第二试剂基本上和标记试剂没有亲和性。优选的是，第二试剂基本上和分析物或分析物的合成物或衍生物没有亲和性。也就是说，标记试剂，或在适用情况下，分析物或分析物的合成物或衍生物与第二试剂的结合具有非特异性。以此方式，第二试剂可补偿标记试剂与第一试剂的非特异性结合，且还可补偿标记试剂相对于换能器的不必要的移动，例如，通过可能会干扰测量过程的重力沉降。
第三试剂与标记试剂结合，且和标记试剂有亲和性，与第一试剂相比，其受分析物的样本，或若使用的话，分析物的复合物或衍生物的样本的浓度的影响较小，且因此，提供阳性对照物。优选的是，第三试剂和标记试剂有亲和性，基本上与分析物或分析物的复合物或衍生物的浓度无关。更优选的是，与第一试剂相比，在测定条件下，第三试剂和标记试剂有较高的亲和性。以此方式，第三试剂测量标记试剂与换能器结合的有限扩散速率，且因此，确定在扩散情况下可获得的最大信号。在分析物或分析物的复合物或衍生物的浓度极高的情况下，可看到浓度效应，但是假如亲和性受浓度影响比第一试剂的小，那么第三试剂仍可提供阳性对照物，即便是在高浓度下。
通过询问检测器的输出，可获得计量比信号，根据相对于与第二和第三试剂结合(即，分别为阴性和阳性对照物)的与第一试剂结合(即，测量信号)定义信号的幅值为0.000到1.000之间的小数输出。
使用本领域所熟知的技术，可使第一、第二和第三试剂附着在换能器上。优选的是，附着是经由非共价结合，例如，初生层被吸附到换能器上，且试剂通过结合事件附着在初生层上。
测定还要求标记试剂存在。“标记”试剂是指附着在标记物上的试剂，而该标记物能够吸收由辐射源产生的电磁辐射，以通过非辐射衰减产生能量。此非辐射衰减由换能器转换成电信号。
因此，标记物可由能够以此方式与电磁辐射相互作用的任一种材料组成。优选的是，标记物是选自，但并不限于，碳颗粒、有色聚合物颗粒(例如，有色胶乳)、染料分子、酶、荧光分子、金属(例如，金)颗粒、血红蛋白分子、红血细胞、磁性颗粒、具有非导电核心材料和至少一个金属外壳层的纳米颗粒、由聚吡咯或其衍生物组成的颗粒，及其组合。优选的是，标记物是碳颗粒或金颗粒，且最优选的是碳颗粒。
就磁性颗粒来说，电磁辐射是射频辐射。上文所提到的所有其他标记物利用可包括IR或UV辐射的光。金颗粒在市场上可买到，或可使用熟知的方法来制备(参见，例如，G.Frens,Nature,241,20-22(1973))。关于纳米颗粒标记物的更加详细的说明，参见US6,344,272和WO2007/141581。
优选的是，本发明使用颗粒大小为20到1,000nm，更优选的是100到500nm的颗粒。颗粒大小意指颗粒在其最宽点处的直径。颗粒的密度将依测定的类型而定。在测定受扩散控制的情况下，颗粒优选的是密度为0.5到3.0g/mL，更优选的是，1.5-2.0g/mL，且最优选的是1.8g/mL。在此测定类型中，颗粒是具有前面提到的颗粒大小和密度的碳颗粒。在测定是受重力辅助的情况下，颗粒优选的是密度为1.5到23g/mL，更优选的是，15-20g/mL，且最优选的是，19g/mL。在此测定类型中，颗粒是具有前面提到的颗粒大小和密度的金颗粒。
当结合事件已发生时，标记物在换能器的近端。也就是说，标记物足够靠近换能器的表面，以使换能器能检测到在照射样本时标记物所产生的能量。然而，标记物与换能器表面之间的实际距离将依一些变量而定，诸如，标记物的大小和性质，抗体和分析物的大小和性质，样本介质的性质，以及电磁辐射的性质和检测器对应的设定。本发明装置可包括辐射源，适于产生一系列电磁辐射脉冲，且检测器适于确定来自辐射源的每一个电磁辐射脉冲与电信号产生之间的时间延迟，从而允许精确确定标记物相对于换能器的位置，这参照图1所讨论的。
第一、第二和第三试剂以及标记试剂的性质将依分析物的性质而定，但是它们优选的是抗体。在特别优选的实施例中，标记试剂包含对应于分析物或分析物的复合物或衍生物而产生的抗体，第一试剂是对应于分析物或分析物的复合物或衍生物而产生的抗体，第二试剂是同型对照抗体，且第三试剂是抗种抗体。原则上，单个分子可用于每一个试剂，但是在实践中，第一、第二和第三试剂以及标记试剂是分子种群。优选的是，“抗体”一词包括在Fab片段、单链可变片段(scFv)以及重组结合片段范围之内。
在优选实施例中，特别是但并不限于，在试剂是抗体的情况下，第三试剂的亲和性常数为≥107dm3mol-1，更优选的是≥108dm3mol-1。亲和性可使用斯卡查德方程以及通过ELISA测量出的吸光率来确定，ELISA是一种常见的用于确定抗体亲和性的方法，如牛津大学出版社2000年出版的J.P.Gosling的"Immunoassays"第80-83页中所记载的。优选的是，第二试剂的亲和性使得动态结合率≤第三试剂的10％，且更优选的是，动态结合率≤第三试剂的5％。
作为抗体-抗原反应的替代品，试剂和分析物可以是第一和第二核酸，其中第一和第二核酸是互补的，或含有抗生物素蛋白或其衍生物的试剂和含有生物素或其衍生物的分析物，或反之亦然。试剂还可以是适体。系统也不限于生物测定，且可能适用于，例如，检测水中的重金属。系统也不必局限于液体，且可使用任一种流体系统，例如，检测空气中的酶、细胞以及病毒等。
最大可观测信号是在监测标记物与表面结合时可实现的最大信号。在不存在可选的大容量传输现象(例如，对流、磁运动、上浮、沉降等)的情况下，颗粒与换能器的结合受分析物和标记试剂的扩散率支配，标记试剂进而在很大程度上受这些成分的流体动力学半径和样本的粘度/温度支配。阴性和阳性对照物应产生与被测量的分析物存在与否无关的信号。
已经发现，对于免疫(即，夹层或过量试剂)测定，性能改进可通过使用抗种抗体作为阳性对照物(识别出标记试剂上的抗分析物抗体)且使用非反应性同型对照抗体(或仅非反应性表面)作为阴性对照物来实现。当组合使用时，这些对照物限定系统测量范围的上下限。因此，系统的输出被定义为测量值何时位于这两个限度之间的比。令人惊讶的是，此组合可用于解释系统组分(例如，形成换能器的材料)、环境条件、样本变化和不必要的颗粒移动(例如，沉降)的组合差异。已经发现，本发明所提供的对照物用于同时补偿所有这些参数。
若分子太小以至于不能形成抗体夹层，就需要考虑不同类型的测定。针对小分子的一类测定是“竞争性测定”，其中所关注的分析物与系统中的另一种成分竞争，以防止结合。在竞争性测定中，信号与分析物浓度成反比。提出一种特殊类型的测定，其中分析物的抗体固定在换能器上，且分析物的标记类似物被掺入样本中。然后，分析物和分析物的标记类似物针对表面上的抗体进行“竞争”。在不存在分析物的情况下，标记类似物将以可能的最大速率结合。然而，在分析物存在的情况下，换能器上的抗体填入分析物，且类似物的结合速率减小。本发明适用于其中对照物减少系统差异的这种测定。
分析物的类似物掺入颗粒可通过首先使类似物附着在载体上以形成类似物-载体缀合物(conjugate)，然后使缀合物附着在标记物的表面上来实现。载体优选的是蛋白质、多糖或合成聚合物。使类似物附着在载体上优选的是通过共价结合。使缀合物附着在载体表面上优选的是通过将缀合物吸引到标记物表面上来实现。一种用于模拟最大结合率的方法是在换能器表面上使用第三试剂，其识别出载体，例如，对应于载体蛋白质所产生的抗体。然而，在此对照中，结合率可能是次优的，因为类似物可能会掩盖载体表面，使其在空间上受阻。载体和颗粒上的类似物的相对总数可能也差异较大。
因此，对于竞争性测定，标记试剂优选的是包含附着有载体的标记物，其中载体上附着有两种不同的分子。第一分子是分析物的类似物，且第二分子是无关的，但是大小类似于类似物/分析物。这两种不同的分子优选的是彼此以1:1的摩尔比缀合到载体上。然后，在分析物不存在的情况下，第三试剂以与第二试剂类似的速率与标记试剂结合。
在这样一种测定(即，竞争性测定)中使用的标记试剂已经专门设计成与本发明装置配合使用。因此，本发明进一步提供一种标记试剂，其包含能够吸收电磁辐射以通过非辐射衰减产生能量的标记物、附着在标记物上的载体，以及附着在载体上的，第一互补结合对中的第一组成部分和第二互补结合对中的第一组成部分。第一互补结合对中的第一组成部分是检测的分析物的类似物，且因此，第一互补结合对中的第二组成部分将是第一试剂，例如，对应于分析物而产生的抗体。第二互补结合对中的第一组成部分是通常在样本中找不到且能够与第三试剂结合的分子。第二互补结合对中的第二组成部分将是第三试剂。载体优选的是蛋白质。第一和第二互补结合对是不同的，在这种意义上，各对中的第一和第二组成部分彼此间将不会有任何的亲和性。举例而言，分析物是药物地高辛，标记物是碳颗粒，载体是牛血清白蛋白，第一互补结合对中的第一组成部分是地高辛配基(地高辛的类似物)，第一互补结合对中的第二组成部分是抗地高辛抗体，第二互补结合对中的第一组成部分是异硫氰酸荧光素，且第二互补结合对中的第二组成部分是抗荧光素抗体。
第一互补结合对中的第一组成部分的实例是治疗药物(例如，卡马西平、环孢霉素、地高辛、茶碱和庆大霉素)，滥用药物(例如，鸦片剂、可卡因和安非他明)、维生素(例如，维生素D、维生素B12和叶酸)以及激素(T3、T4、皮质醇、孕酮、雌二醇和睾酮)；且第二互补结合对中的第一组成部分的实例为BODIPYFL、丹酰、AlexaFluor405、AlexaFluor488、荧光黄、若丹明、德克萨斯红、生物素(除非用于固定第一、第二及/或第三试剂)和二硝基苯基氨基己酸。
为了增加根据本发明所执行的测定的动态范围，同时改良精确度，优选的是使第一试剂位于换能器上的多个位置上。通过改变第一试剂在每一个位置上的浓度，这些位置可被调整成不同的灵敏度。每一个位置上也可能有其自身的第二和第三试剂，用作不同动态范围的对照物。这特别适用于对组成系统的每一个个别成分的浓度特别灵敏的竞争性测定。
所述装置可能还具有上文所述的多个位置，且标记试剂也具有两个不同的结合位点。在此实例中，分析物将标记物上的一个位点阻塞到一个位置，但是这并不会抑制与对照中的试剂的结合。
分析物可能是大分子或小分子。大分子通常是蛋白质，诸如，基于蛋白质的激素，且也可能是较大的颗粒，诸如，病毒、细菌、细胞(例如，红血细胞)或朊病毒的一部分。小分子可能是药物。
本文中所用的“小分子”一词是本领域的术语，且用于区分分子和大分子，诸如，蛋白质和核酸。在免疫测定领域，小分子常常被称作“半抗原”，当附着在诸如蛋白质之类的大载体分子上时小分子是可能会引起免疫反应且包括诸如激素和合成药物之类的分子的小分子。此类型的小分子的分子量通常为2,000或2,000以下，常常为1,000或1,000以下，且甚至是500或500以下。第一试剂可能适于与分析物本身结合，尽管分析物能够在与第一试剂结合之前发生化学反应或最初的复合事件。例如，分析物可能在测定pH条件下质子化/去质子化。因此，与第一试剂结合的分析物可能是分析物本身或分析物的衍生物；以上两者都包括在本发明的范围内。
在优选实施例中，本发明可用于同时检测同一样本中的小分子和大分子的存在。也就是说，样本包括至少两个分析物，一个是小分子，且另一个是大分子。至少两种第一试剂被使用，一种用于在竞争性测定中与小分子结合，且另一种用于在免疫测定中与大分子结合。第二和第三试剂优选的是相同的，即，阳性和阴性对照物对两种测定类型是相同的。
被怀疑含有所关注的分析物的样本一般将是流体样本，例如，液体样本，且通常是生物样本，诸如，体液，例如，血液、血浆、唾液、血清或尿液。样本可能含有悬浮的颗粒，且可能甚至是全血。本发明方法的优势在于可对确实含有悬浮颗粒的样本进行测定，而不会过度影响测定结果。样本通常将会是微升量级的(例如，1-100μL，优选的是1-10μL)。为了容纳流体样本，换能器优选的是位于具有一个或多个侧壁、上表面和下表面的样本室中。因此，本发明装置优选的是进一步包含用于容纳含有分析物或分析物的复合物或衍生物的、与换能器接触的液体样本的腔室。在优选实施例中，换能器与腔室是一体的，即，其形成侧壁之一，或限定腔室的上表面或下表面。优选的是，换能器形成上表面，如图3中所示。显然，第一、第二和第三试剂以及标记试剂将在腔室的内表面上，以允许其与样本接触。例如，样本可能仅由毛细通道内部的表面张力来固定。
所述装置优选的包含含有第一试剂的第一腔室、含有第二试剂的第二腔室和含有第三试剂的第三腔室。第一、第二和第三腔室优选的是流体连通的。所述装置优选的是进一步包含具有与装置外部接触的样本接收端和与(多个)样本腔室流体连通的样本输送端的毛细通道，如图3中的核心21中所示。
标记试剂和可选的一个或多个附加试剂优选地储存在并入本发明装置的腔室中。标记试剂还可作为并入所述装置和所述标记试剂的套件的一部分来提供。因此，本发明还提供一种包含本文所述装置和标记试剂的套件。标记试剂可沉淀在换能器表面上。
本发明装置并不局限于仅检测一种分析物，而是可通过利用选择性地结合被检测的每一个分析物或分析物的衍生物或复合物的不同的第一试剂来检测不同的分析物。可只使用连接到换能器的一个电连接，通过顺序照射换能器的不同位置并顺序查询输出来执行多个测试。
另外的可能的背景干扰源是悬浮的颗粒沉淀在压电/热释电换能器表面上，包括标记试剂和样本的细胞成分。通过将换能器定位在本体溶液上方，例如，反应腔室的上表面上，干扰源可被减弱。因此，若发生任一沉淀，其也不会干扰换能器。可选地，颗粒可能密度小于介质，且因此，漂浮在本体溶液的表面而不是沉淀在换能器表面上。这种修改和其他修改包括在本发明的范围内。
在优选实施例中，本发明装置基本上由上述特征组成。“基本上”意指不需要其他特征来执行测定。所述装置可能采用单独的阅读器和卡式匣的形式，或集成装置的形式。在前者中，所述装置由阅读器和卡式匣构成，其中卡式匣与阅读器可释放地衔接，且其中阅读器并入有辐射源和检测器，且卡式匣并入有换能器以及第一、第二和第三试剂。阅读器优选的是便携式阅读器。本发明还提供包含本文所定义的换能器以及第一、第二和第三试剂的卡式匣。所述卡式匣优选的是一次性的卡式匣。
现在将参照以下不具有限制性的实例来描述本发明。
实例
实例1
PVDF薄膜
在以下实例中，涂有氧化铟锡的极化的压电/热释电聚偏氟乙烯(PVDF)双晶片薄膜用作传感装置。通过气相气体沉积过程，氧化铟锡表面上被涂一层聚对二甲苯(约1微米厚)。此方法涉及对环芳烷前体的升华和随后的热解，之后是在表面上进行自由基聚合反应。有关进一步详情，请参见WO2009/141637。然后，通过在室温下通宵培育，得到的薄膜被涂覆在链霉亲和素溶液(在PBS中200μg/mL-10mmol/L磷酸盐缓冲液含有2.7mmol/LKCl、137mmol/LNaCl和0.05％的聚山梨酯中)中。链霉亲和素像Tischer等人所述的(US5,061,640)那样来制备。
实例2
材料
单克隆抗体基本上如J.R.Birch和E.S.Lennox、Wiley-Blackwell在1995年所著的"MonoclonalAntibodies:Properties,ManufactureandApplications"中所描述的那样产生，且通过本领域熟知的方法来生物素化。碳标记报告缀合物基本上如VanDoorn等人所述的那样(US5,641,689)来制备。
实例3
卡式匣的制备
如图3中所示，制造出卡式匣14来执行测定。卡式匣14由支撑在加固物16上的涂有抗体的压电/热释电薄膜15制成。被冲切以形成三个样本腔室18的涂有压敏型黏合剂的聚酯膜17被应用于表面上。规定允许电连接到压电/热释电薄膜15的上和下表面，以检测所产生的电荷。然后，通过将上述组件夹在涂敷有标记物20的顶盖19和核心21、密封物22和底盖23之间形成卡式匣14。
通过利用核心21中的毛细通道给样本室装载样本来执行测定。用LED发出的连续斩波LED光通过顶盖19中的孔来照射压电/热释电薄膜15。对于每一个LED脉冲，使用放大器和模数(ADC)转换器来测量压电/热释电薄膜15两端的电压。随着时间绘制ADC信号。
实例4
有对照物的免疫测定
用通用的链霉亲和素涂层来涂覆PVDF热释电聚合物薄膜条带的三个独立的区域。这三个区域被附着在传感器表面上的黏合间隔物隔开，允许在每一个区域上后续培育不同的生物素化的抗体，而不会对表面造成交叉污染。用浓度为1μg/mL的三种不同的抗体来涂覆这三个表面(标记为地点1、地点2和地点3)2个小时，然后在蔗糖稳定剂存在的情况下清洗并擦干所述表面。
用阴性对照抗体(Abeam,cat.No.AB37358,小鼠IgG同型,生物素化的)来涂覆地点1，用单克隆抗TSH抗体来涂覆地点2，且用作为阳性对照物的多克隆羊抗鼠抗体来涂覆地点3。一旦条带被制备出来，就通过从黏合间隔物中移除剥离衬垫并将每一个条带附着到注塑片上将它们组装到卡式匣内，最终组装产生三个互连腔室。这些腔室是盘状的，直径约为6mm，且深度约为200微米，内部体积约6μL。每一个卡式匣还包含预测量数量的涂在相配的抗TSH抗体中的碳颗粒。碳颗粒在卡式匣中干燥，且卡式匣具有用于混合液体样本与这些干燥试剂以产生均质混合物，然后如上文所述，移走此混合物来填充三个腔室的机构。在混合之后，样本中的碳颗粒的最终浓度约为0.03％。混合的人类血浆中的促甲状腺激素(TSH)的已知浓度的标准范围之前已经准备好了，且TSH水平在实验室分析仪上确认。对每一个批次的血浆进行几次(15)重复测量。每一次测量使用预先准备好的卡式匣之一；将样本添入卡式匣，然后将卡式匣插入设计成测量热释电薄膜的电输出的仪器。
所述仪器包含活塞泵，其将总体积为30μL的样本与碳颗粒混合，然后将均质混合物抽入腔室内。然后，所述仪器使用三个高功率LED连续照射每一个腔室10分钟，所述高功率LED脉冲约10毫秒，之后休息90毫秒。所述仪器将由压电/热释电传感器被LED照射时产生的电输出放大。碳颗粒吸收光，之后散热到压电/热释电传感器中，产生信号。碳颗粒因直接结合事件或不必要的沉降效应在腔室中的移动，导致电输出随着时间变化。电输出被转换成数字信号，且数据经过板载处理器处理，以产生每一个腔室的输出，作为任意数字标度的信号变化率，如图4中所示。
在六种不同TSH浓度下(0、1.19、2.54、5.24、10.27和24.9mlU/L)，对新样本执行约15次重复测量，产生关于90个卡式匣的约90个独立测量值，每一个卡式匣的三个独立输出。结果列于表格1中。
表格1TSH免疫测定的独立地点输出
表格1中的关于每一个卡式匣的数据以四种方式之一进行处理。
分析方法1：对于每一个TSH浓度，地点2的输出被平均化，并计算各浓度下的平均值、标准偏差和变异系数(CV)。
分析方法2：对于每一个TSH浓度，地点1的输出从地点2的输出中减去(即，地点1用作测量基线)，然后，输出被平均化，并计算各浓度下的平均值、标准偏差和CV。
分析方法3：对于每一个TSH浓度，地点2的输出除以地点3的输出(即，地点3用作测量的换算因数)，然后计算各浓度下的平均值、SD和CV。
分析方法4：对于每一个TSH浓度，地点1的输出从地点2和地点3的输出中减去(即，这两个测量值都是校正的基线)。然后，地点2的基线校正测量值除以地点3的基线校正测量值。然后，计算各浓度下的平均值、SD和CV。
关于四种数据分析方法中的每一种方法，作为测定精确度的测度的CV值概述于表格2中。
表格2免疫测定中的数据分析方法的精确度测量值
从表格2中可以清楚地看出，使用两种对照物的方法产生所有浓度下的最低CV。图5显示不使用对照物情况下的数据的剂量-反应曲线，且图6显示使用两种对照物的类似曲线。
实例5
有对照物的竞争性测定
卡式匣以与实例4类似的方式来制备，地点1涂有相同的抗体。地点2涂有单克隆抗地高辛抗体，且地点3涂有单克隆抗荧光素抗体。在此实例中，碳颗粒被涂在牛血清白蛋白(BSA)中，此牛血清白蛋白连续地用相对于BSA5倍摩尔比的地高辛配基N-羟基丁二酰亚胺和异硫氰酸荧光素预先进行处理过。BSA-地高辛配基-荧光素共缀合物通过被动吸附被涂覆到碳颗粒上。地高辛配基是地高辛(一种强心药)的类似物，且还与抗地高辛抗体结合，尽管结合常数比地高辛本身要低。
对之前掺入地高辛的混合血浆中的地高辛水平执行测定，其水平在实验室分析仪上确认。样本中存在的地高辛会扰乱碳颗粒与抗地高辛抗体在卡式匣上的地点2的结合。然而，地高辛并不会干扰颗粒在地点3的结合(注意，荧光素通常不存在于人类血液样本中)。因此，地点3用作对照物，与地高辛浓度无关。
表格3中给出在不同地高辛浓度下，每一个地点的数据。
表格3地高辛浓度测定的独立地点输出。
通过实例4中所述的相同方法对数据进行分析，即，没有对照物，只使用对照物1，只使用对照物3，或使用两种对照物。注意，地点3在实例4中被指定为阳性对照物，因为其模拟在系统中的分析物饱和时的预期反应。在竞争性测定中，剂量-反应曲线与分析物成反比，使得地点3的对照物模拟没有分析物存在时的反应。
如表4中所总结的，清楚地观察到，通过使用两个对照物，大大改良了测量过程中的精确度。
表4竞争性测定中的数据分析方法的精确测量。
图7和8分别显示了无对照物测定和有两种对照物测定的有1标准偏差误差条的剂量-反应图。
实例6
通过使用与对照物结合的多个测量表面来实现增大的动态范围
卡式匣如实例5中所述那样来制备，只是四个测量区域被涂覆，而不是三个。地点1和4是和实例5中相同的对照物，且地点2和3均涂有抗地高辛抗体，其中地点2涂有浓度为0.5μg/mL的抗体，且地点3涂有2μg/mL的抗体。然后，对掺入一定浓度范围内的地高辛的混合的人类血浆样本进行测定。数据展示于图9中，显示观测到的平均仪器信号，连同重复测量值的1SD误差条。对于每一个卡式匣，对地点2(0.5μg/mL抗地高辛涂层)连同两个对照地点(地点1和4)的数据进行分析，且对地点3(1.0μg/mL抗地高辛涂层)连同两种对照物(地点1和4)的数据进行分析。使用对照地点的方法与上文实例4和5中的方法相同，即，输出是测量地点中的基线校正信号除以最大结合对照地点(在此实例中为地点4)中的基线校正信号。
数据示于图9，且可以清楚地观察到，两种抗地高辛抗体浓度的剂量-反应曲线明显不同。对于0.5μg/mL的涂层，表面中的地高辛在较低浓度下饱和，因此，剂量反应曲线在较低浓度下较陡，得到改进的测量值。然而，在高于约15ng/mL的浓度下丧失辨别力。对于2μg/mL的涂层，剂量-反应曲线较缓，所以辨别力不如在低浓度下那么好，但是所述测定在较高浓度下仍拥有良好辨别力，最高为40ng/mL。因此，与传统的竞争性测定相比，此有对照物测定的优势在于动态范围改进了。
实例7
有不同样本类型对照物的测定
像实例4中所述那样，另制备100个卡式匣，用于测量TSH。这些卡式匣像实例4中所述那样使用，但是用于测量约75个健康人类供体的TSH水平。在此实例中，对未分离的全血进行测量，全血已经用肝素处理过，以防止样本凝固。同时，从相同供体中取血浆样本，且在经过验证的实验室分析仪上对这些样本进行分析，以确定那些供体的血浆TSH水平。以与实例4中相同的方式来操纵在热释电传感器系统中进行的全血测量，即，使用地点2、地点1和2的组合、地点2和3的组合，或地点1、2和3的组合来计算输出。由于对全血的血浆成分的扩散进行动态测量，所以仪器的输出是分析物的血浆浓度，且与血液样本的血细胞压积无关。
根据四种数据处理方法的测量如图10-13中针对医院报告的浓度的散点图所示。图10中只使用地点2的数据。图11中使用的是基线校正到地点1的地点2的数据。图12中使用的是地点2的数据除以地点3的数据。图13显示基线化到地点1的表示为与基线化到地点1的地点3之比的地点2的数据。这四种方法的相关系数(R2)分别为0.42、0.85、0.25和0.88，显示使用两种对照物的数据处理与医院测量结果相关性最佳。
上文所述的实例4-6全部显示当样本基体是混合的人类血清时使用对照物使精确度改进的优势。因此，改进必定是由于卡式匣组件、仪器、环境条件等的差异补偿，而不是由于样本类型的差异。众所周知的是，人类血液和血浆样本无论在粘度、血细胞压积、干扰因素和一般成分都是可变的。实例7显示使用两种对照物来改良针对病患群体所做测量的准确度的优势。
实例8
重复使用血浆
实例7中使用的相同的病患样本被离心(spindown)，以使红细胞与血浆分离，然后对血浆级分进行TSH测量，正如实例7中所述的那样。输出正如实例7中所述的那样进行处理，然后与医院血浆值相关。地点2、基线化地点2、标度化地点2以及基线化且标度化地点2的相关系数分别为0.61、0.76、0.62和0.79。
实例7和8指出，除了诸如卡式匣中所使用的组件之类的其他因素及/或测量过程中的环境因素，使用两种对照物的方法还可补偿不同样本类型之间的差异。
实例4-8使用类似的方法来提供免疫或竞争性测定系统的改进的精确度和准确度。有时候对同时测量同一样本中的小分子和大分子都有利。例如，可能希望监测小分子药物的血浆浓度，以确保其在正确的治疗范围内，且还测量蛋白质或激素，以测量药物的有效性。为了限制所取样本的数量，或避免连续而非同时进行的多个测试的必要性，能同时对每一个测定使用相同的对照物是有利的。以下实例证明同时改进竞争性测定和免疫测定的性能的两种对照物的使用。
实例9
使用相同对照物同时进行两个测定，一个为竞争性测定，另一个为免疫测定
卡式匣基本上如实例4-8中所述的那样来制备。这些卡式匣具有六个已涂有通用的链霉亲和素表面的单独的传感器表面。然后，用生物素化的阴性对照抗体来涂覆地点1，用羊抗鼠抗体来涂覆地点6，用单克隆鼠抗TSH抗体来涂覆地点2和3，且用生物素化的地高辛配基分子来涂覆地点4和5。尽管在此实例中有六个区域，但是这些卡式匣中的每一个地点的表面积都减小了，使得总样本体积维持在30μL，可以通过手指刺血获得的体积。在此实例中，地点2/3和4/5分别得到TSH和地高辛的重复测量值，尽管这并不是测定起作用的特别要求。应注意的是，在此实例中，地高辛测量值的形式与实例5和6中所提出的形式相反之处在于，地高辛类似物与传感器表面结合，且抗地高辛抗体与碳颗粒结合。然而，原理仍然是相同的，且可以以任一种配置来进行测定。
掺入已知浓度的纯TSH、纯地高辛或已知浓度的TSH和地高辛的一系列混合血浆标准之前已经准备出来了，且浓度在实验室分析仪上确认。必须在实验室分析仪上对每一个样本单独确定TSH和地高辛。使用已经用涂有抗TSH抗体或抗地高辛抗体的相同浓度的碳颗粒制备的卡式匣，对每一种不同的样本进行重复(n＝10)测定，尽管也可以同时将两个抗体共同涂覆到同一组颗粒上。
基本上如实例4和5中所述那样对仪器输出进行分析。对于TSH，地点2和3的输出被平均化，且然后，使用地点1和6的两个对照测量值对数据进行处理。未使用地点4和5。四种分析方法与实例4中所述的相同。对于地高辛，地点4和5的输出被平均化，且然后，也使用地点1和6的相同的对照测量值对数据进行处理。未使用地点2和3。四种分析方法与实例5中所述的相同。
表格5显示使用四种数据分析方法进行每一次重复测量的精确度。可以清楚地观察到，在使用两个对照测量值来定义测量范围的上限和下限的所有情况下，精确度都改进了。
表格5免疫形式和竞争性形式的多重测定中的数据分析方法的精确度测量值
图14显示仪器输出(作为计量比信号，使用两种对照物)，连同1标准偏差误差条。任一种分析物的仪器输出与另一种分析物是否存在无关。
实例9指出，可同时使用两种对照物来改进多重竞争性/免疫测定组合的性能。

Claims (12)

1.一种对样本中的分析物进行测定的装置，所述装置包含：
辐射源，其适于产生一系列电磁辐射脉冲；
换能器，其具有热释电或压电元件和电极，能够将非辐射衰减所产生的能量转换成电信号；
检测器，其能够检测所述换能器所产生的所述电信号；
第一试剂，其在所述换能器近端，所述第一试剂具有结合位点，所述结合位点能够与所述样本中的所述分析物的浓度成比例地结合标记试剂，所述标记试剂能够吸收所述辐射源所产生的所述电磁辐射脉冲，以通过非辐射衰减产生能量；
第二试剂，其在所述换能器近端，与所述第一试剂相比，所述第二试剂在测定的条件下对所述标记试剂有较低的亲和性；以及
第三试剂，其在所述换能器近端，所述第三试剂具有能够结合所述标记试剂的结合位点，其中所述第三试剂所具有的对所述标记试剂的亲和性与所述第一试剂相比受所述分析物或所述分析物的复合物或衍生物的浓度影响较小。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一试剂、所述第二试剂和所述第三试剂经由非共价结合附着到所述换能器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述第二试剂在测定的条件下对所述标记试剂没有亲和性。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述第三试剂对所述标记试剂具有的亲和性与所述分析物或所述分析物的复合物或衍生物的浓度无关。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述第一试剂、所述第二试剂和所述第三试剂是抗体。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述分析物或所述分析物的复合物或衍生物是小分子。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述标记试剂包含对应于所述分析物或所述分析物的复合物或衍生物而产生的抗体，所述第一试剂是对应于所述分析物或所述分析物的复合物或衍生物而产生的抗体，所述第二试剂是同型对照抗体，且所述第三试剂是抗种抗体。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述装置还包含用于容纳与所述换能器接触的液体样本的腔室，所述液体样本含有所述分析物或所述分析物的复合物或衍生物。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述装置由阅读器和卡式匣构成，其中所述卡式匣与所述阅读器可释放地衔接，且其中所述阅读器并入有所述辐射源和所述检测器，且所述卡式匣并入有所述换能器以及所述第一试剂、所述第二试剂和所述第三试剂。
10.一种套件，其中所述套件包含根据上述任意一项权利要求所述的装置和所述标记试剂。
11.一种用于检测样本中的分析物或所述分析物的复合物或衍生物的方法，所述方法包含以下步骤：使所述样本暴露于根据权利要求1到9中的任一项所述的装置、将所产生的能量转换成电信号并检测所述信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法在使所述样本暴露于所述换能器的步骤与将所产生的能量转换成电信号的步骤之间无需从所述换能器中取出所述样本的情况下执行。
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